Сельскохозяйственная биология, 2014, № 5, с. 78-87.

doi: 10.15389/agrobiology.2014.5.78rus

УДК 633.16:581.1/5:575.174.015.3:57.042

ВНУТРИВИДОВОЙ ПОЛИМОРФИЗМ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ (Hordeum
vulgare L.) ПО УСТОЙЧИВОСТИ К ДЕЙСТВИЮ СВИНЦА

А.В. ДИКАРЕВ, В.Г. ДИКАРЕВ, Н.С. ДИКАРЕВА, С.А. ГЕРАСЬКИН

В условиях техногенного загрязнения фитотоксичность тяжелых металлов (ТМ) становится одним из факторов, ограничивающих урожайность и качество продукции у сельскохозяйственных культур. Важный этап в селекционных исследованиях — оценка внутривидового полиморфизма по устойчивости к действию техногенных факторов и анализ причин его формирования и поддержания. На сортах ярового ячменя Зазерский 85, Горинский и Челябинский 1 мы изучили влияние различных концентраций азотнокислого свинца Pb(NO₃)₂ (1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0 мг/мл) на рост ростков и корешков у проростков. Была выбрана тестирующая концентрация ТМ для исследования внутривидового полиморфизма ярового ячменя по устойчивости к действию этого токсиканта. Работа выполнена на сортах из мировой коллекции ВИР (Всероссийский НИИ растениеводства, г. Санкт-Петербург): 100 сортов — семена репродукции 2009 года, 36 сортов — репродукции 2008 года и 24 — 2010 года. Для анализа полиморфизма ячменя по устойчивости к свинцу сорта разбивали на классы с использованием правила Старджеса. При отборе чувствительных и устойчивых к действию свинца сортов руководствовались значением коэффициента депрессии. Самым устойчивым при оценке роста корешков оказался сорт Горинский, самым чувствительным — Зазерский 85. Действие свинца привело к смещению распределения 100 сортов в сторону меньших длин ростков, однако проверка по критерию Колмогорова-Смирнова не выявила значимых различий между эмпирическими распределениями (D = 0,17 < D_0,05 = 0,26). Обнаружено негативное влияние высоких (более 4 мг/мл) концентраций свинца на морфологические показатели проростков. Большей чувствительностью обладали корешки. Установлена достоверная стимуляция прорастания семян у некоторых сортов при действии свинца в концентрации 1-2 мг/мл (D = 0,29 > D_0,05 = 0,26). При этом сорта в первом и последнем классе различались по устойчивости к действию свинца в 2,0-4,5 раза (от полного подавления ростовых процессов до стимуляции). При анализе длины ростков, полученных из семян урожая 2008 и 2010 годов, не было выявлено достоверных отличий от контроля: соответственно D = 0,167 < D_0,05 = 0,434 и D = 0,125 < D_0,05 = 0,531. Также наблюдалась статистически недостоверная стимуляция прорастания семян: D = 0,306 < D_0,05 = 0,320 и D = 0,208 < D_0,05 = 0,392 (возможно, из-за меньшего числа изученных образцов). Воздействие свинца приводило к многочисленным изменениям морфологии корешков. На основании анализа морфологических показателей проростков выделены контрастные по устойчивости к изученному фактору сорта. Рассмотрены вероятные механизмы формирования различий в устойчивости сортов ячменя к действию тяжелых металлов.

Ключевые слова: свинец, ячмень, внутривидовой полиморфизм, контрастные сорта.

Полный текст

ANALYSIS OF SPRING BARLEY INTRASPECIFIC POLYMORPHISM IN CONNECTION WITH TOLERANCE TO LEAD

Under technogenic pollution, phytotoxicity of heavy metals (HM) becomes a factor limiting yield and quality of crop production. In breeding, an intraspecific polymorphism of resistance to technogenic factors should be estimated with the analysis of its formation and maintenance. Using spring barley (Hordeum vulgare L.) Zazerskii 85, Gorinskii and Chelyabinskii 1 varieties, we studied the influence of different Pb(NO₃)₂ concentrations (1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0 mg/ml) on the growth of roots and offsprings in seedlings. Then, a testing concentration of Pb(NO₃)₂ found out was applied to investigate an intraspecific polymorphism of barley plant tolerance to the toxicant. The cultivars from the VIR World Collection (N.I. Vavilov Research Institute of Plant Industry, St. Petersburg) were tested using seeds reproduced in 2008, 2009 and 2010 (36, 100 and 24 varieties, respectively). The varieties were divided into classes according to Sturgis’s rule. The lead sensitive and lead tolerant forms were separated basing on a depression coefficient. According to root growth, the highest tolerance was observed in the Gorinskii variety, and the Zazerskii 85 variety was the most sensitive. The influence of lead resulted in a shift of distribution of 100 cultivars to less offspring length, but according to Kolmogorov-Smirnov criterion there were no significant differences between the empiric distributions (D = 0.17 < D_0,05 = 0.26). The tolerance to lead in varieties from the first and the last classes differed 2.0-4.5 times (i.e. from total suppression to growth stimulation). According to the length of the offsprings from the seeds reproduced in 2008 and 2010, there were no reliable differences from control (D = 0.167 < D_0,05 = 0.434 and D = 0.125 < D_0,05 = 0.531, respectively). A statistically unreliable stimulation of the seed germination also occurred (D = 0.306 < D_0,05 = 0.320 and D = 0.208 < D_0,05 = 0.392, respectively), probably because of less number of the tested samples. Lead caused multiple changes of the root morphology. Basing on morphological parameters, the varieties with a contrast tolerance to lead was revealed. Possible mechanisms of polymorphic tolerance of barley cultivars and other plants to HM are discussed. These data can be used under creation of agricultural plants tolerant to heavy metals.

Keywords: lead, barley, intraspecific polymorphism, contrast cultivars.

Оформление электронного оттиска